Después del surgimiento de los anfibios, se dio una gran explosión evolutiva, apareciendo en el mar una gran variedad de animales invertebrados, cerca del inicio del periodo Cámbrico, hace aproximadamente 600 millones de años. Los animales con mayor multicelularidad tienen la ventaja de poder comer a organismos más complejos.
La coevolucion de algunos depredadores y las presas, puso en una situación bastante compleja, durante el periodo Silúrico (aproximadamente hace unos 408 millones de años) los trilobites se deslizaban en el lodo eran victima de los amonites.
Hace aproximadamente 500 millones de años, en un grupo de animales evolucionó una nueva forma de sostén para el cuerpo: un esqueleto interno.
Durante 100 millones de años, éstos fueron despreciados por la comunidad oceánica, pero hace 400 millones de años, algunos de ellos habían evolucionado y se habían convertido en peces.; los cuales tenían características muy peculiares como: ser más veloces que los invertebrados y cerebros más grandes. Con el tiempo se convirtieron en los mayores depredadores del mar abierto.
Los primeros reptiles surgen hace aproximadamente unos 320 millones de años, en el periodo Carbonífero a partir de una de las líneas evolutivas de los anfibios. Tras la aparición de los reptiles primitivos, éstos se diversificaron extraordinariamente llegando incluso a tamaños gigantescos, los que todos conocemos como dinosaurios. Colonizaron no sólo el medio terrestre, sino el acuático y el aéreo.
Unas de las ventajas evolutivas de los reptiles con respecto a los anfibios fue la aparición de los huevos con cáscara (huevos amniota), los cuales, proporcionaban una mayor protección durante el desarrollo embrionario y podía ser depositado sobre la tierra sin peligro de que se secara.
Además, en el interior del huevo se hallaba el agua y las sustancias alimenticias necesarias para el desarrollo del embrión.
El embrión se desarrolla dentro del huevo y produce cuatro membranas extraembrionarias. Está protegido por el fluido contenido dentro del amnios, obtiene alimento por medio del saco vitelino, respira a través del corión y el alantoides y deposita los desechos metabólicamente en el saco formado por el alantoides.
Fue de este modo, como los reptiles comenzaron a independizarse del medio acuático. Probablemente, estos reptiles primitivos, los cuales tenían patas cortas que se extendían a los lados del cuerpo, permanecían gran parte del tiempo en el agua y solo salían de ella para poner sus huevos a resguardo de los depredadores.
A medida que iba aumentando la sequedad que tenía el ambiente durante el período Pérmico fueron evolucionando otras modificaciones que se adecuaban a la vida seca de la Tierra como la presencia de escamas, de origen epidérmico, que los recubrían por completo y que servían de protección y preservación del agua en condiciones áridas.
De esta manera pudieron desarrollar su actividad bajo la radiación directa del sol y desplazarse fuera del agua sin riesgos. La piel seca no se podía usar en el intercambio gaseoso, este problema pudo solucionarse con el perfeccionamiento de los pulmones inflados por dilatación de la cavidad torácica. La aparición de un tabique parcial en el ventrículo redujo la posibilidad de mezcla de a sangre oxigenada con la sangre desoxigenada (como es el caso de los anfibios), lo cual a la vez mejoró la eficiencia de la circulación.
Estos desarrollos evolutivos tuvieron repercusión inmediata. Los cotilosaurios experimentaron una radiación adoptiva que produjo cinco líneas principales de descendientes.
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